浅谈串联谐振试验的原理与方法

【摘 要】 众所周知变频谐振试验作为交流耐压试验之一，其在变压器、电缆以及GIS等交流耐压试验里应用较广，以容量较大、电压较高的电容性试品之交接与预防试验较多。本文以10-300HZ交流耐压试验为例对串联谐振试验的原理与方法进行了说明，因其与工频交流耐压试验极为接近，且交流工作状态与设备实际工作相似。

【关键词】 串联谐振试验 原理 方法 注意事项 结果

1 串联谐振试验的基本原理

串联谐振试验装置通常包括调频电源、谐振电抗器、励磁变压器以及分压器等。其中串联谐振回路由电容和谐振电抗器共同构成，电容分压器与被试品并联以测得其谐振电压值的大小，同时为过电压保护信号之用。调频调压功率通过激励变压器耦合到串联谐振回路从而为其提供激励功率。

其中被试品的电压就是谐振电压。

1.1 谐振电路特性阻抗

发生谐振时的电路无电抗为零，而存在的感抗或者容抗即为特性阻抗（ρ表示），其计算公式为：

式中ρ与电路参数L和C决定，而不受谐振频率大小影响。

1.2 电路品质因数

通常电路性能的好坏由特性阻抗和电路电阻比值来决定，其也称电路品质因数（Q表示），其计算公式为：

发生谐振时的电阻电压与电源电压相同，而电感电容电压为电源电压的Q倍，故此串联谐振也称电压谐振。如果Q>1，Uc>U，此时试品电压高于电源电压许多。通常Q值能够达到几十倍以上，因此Uc也相应增加几十倍。

2 试验接线图

3 试验装置构成

（1）变频电源：作为变频串联谐振之核心设备之一，其主要作用是把AC220V/380V～50Hz的电源实现频率与电压可调，并且具有监测、保护和控制等多种性能。通常有变频控制器分为控制台式（20KW以上）和便携箱式（20KW以下）两种。（2）励磁变压器：其主要是使变频电源输出电压符合试验电压要求。（3）谐振电抗器：其主要是实现和试品的串联谐振功能，既可串联也可关联，能够满足多种试验之用。（4）分压器：主要包括高压分压器、补偿电容器两种。其中高压分压器是作为测量试品高压电压值之用，而补偿电容器作为小电容试品补偿之用，能够确保谐振频率符合规定要求。

4 操作方法

试验前，首先应根据被试品确定试验电压，测量或查阅确定试品电容量；然后选择适当参数（电感量、额定电流、额定电压）的谐振电抗器及数量，进行试验接线。

（1）完成被试品的放电及其接地操作，确保无对外引线，采取各种安全保护措施。（2）做好被试品绝缘电阻的测量工作，确保其阻值符合要求。（3）科学进行试验设备布置，确保谐振电抗器安装稳定，同时做好相关设备的接地工作。（4）根据图纸做好线路接连，并做好接线、分压器档位以及试验电源容量的检查工作。首先闭合试验电源开关，接下来对变频电源及工作电源开关进行闭合，待工作稳定后再对变频电源主回路开关进行闭合，其中保护电压通常是试验电压的1.1-1.2倍之间。（5）根据规定升压速度标准均匀进行升压，调整电压调节旋钮，使输出电压值为试验电压值的3%-5%之间，从而控制系统频率，并对励磁电压值以及试验电压值做好观察记录。如果满足励磁电压最小值而试验电压最大值的条件，此时的频率即为系统谐振频率。（6）发生谐振以后，根据要求将电压调节到符合试验电压要求，期间做好高压回路监视工作，确保被试品无异常，达到试验规定时间以后把电压归零，再切断主回路的、控制回路的以及电源的开关，切断试验电源开关，做好放电工作后结束试验。

5 注意事项

（1）使用谐振高压试验设备以前应认真阅读说明书，同时反复做好操作训练工作。（2）试验操作要求2人以上，并严格遵守高压试验相关安全操作要求。（3）试验操作应严格执行国家相关标准及规程，以确保试验安全准确。（4）连接线千万不可错接，尤其接地线必须正确，以免损坏试验装置。（5）试验电源容量要求达到试验要求标准。（6）高压引线应使用较短的大直径金属软管，以达到提高Q值和降低电晕损失的目的。（7）确保试验装置过流和过压保护的灵敏可靠，并在励磁变高压侧安装上避雷装置。（8）谐振频率调整时应为低电压下进行，再进行升压试验操作。（9）选择干燥天气进行试验，以够湿度影响品质因数。

6 结果分析

（1）如果试验未发生破坏性放电现象，即可确定耐压试验成功。（2）如果升压、耐压时发生电压表指针大幅度摆动和电流表指示大幅度增加现象，电压以上升趋势调节电流上升或者电压不变、下降现象，以及被试品出现冒烟、焦臭、燃烧、有击穿声响、放电等现象时，要求立即停止升压操作，待降压停电以后找出具体原因。如果确认绝缘部分出现问题，即可确定耐压试验失败。如果确认是因空气湿度、表面脏污等造成的，可在处理后继续试验。（3）如果被试品是有机绝缘材料，进行试验以后立即触摸表面，如果出现普遍或者局部发热现象，可能存在绝缘不良问题，应处理后再行试验。

参考文献：

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